1、高层建筑高层建筑 结构设计结构设计 1 一一、本课程讲授的主要内容本课程讲授的主要内容 高层建筑的一般知识 高层建筑结构的选型与布置 高层建筑结构的荷载与地震作用 高层建筑结构设计计算的一般原则 高层框架结构的设计方法 高层剪力墙结构的设计方法 高层框架剪力墙结构的设计方法 高层筒体结构的设计方法 2 二、本课程的学习重点 以现行钢筋混凝土高层建筑结构设计规范、规程为重点，介绍高层钢筋混凝土结构的设计原理与方法 能够进行高层钢筋混凝土结构，特别是高层框架结构、高层剪力墙结构和高层框架剪力墙结构的设计。3 三、本课程的学习方式 讲课与自学相结合 讲课与作业相结合 四、主要参考文献 1.建筑结构荷
2、载规范 2.高层建筑混凝土结构技术规程 3.建筑抗震设计规范 4 4.混凝土结构设计规范 5.现行地基与桩基设计规范 6.包世华、方鄂华编，高层建筑结构设计 7.沈蒲生，高层建筑结构设计 8.霍达，高层建筑结构设计 9.与建筑结构有关的各种杂志 5 第一章第一章 高层建筑结构概述高层建筑结构概述 高层建筑以其恢弘的气势、特殊的视觉效果，成为了其所在城市、地区甚至所在国家的标志性建筑。高层建筑是工程技术的纪念碑，是材料工程、电器工程、系统工程和城市集约化发展的必然产物。6 迪拜迪拜哈利法塔哈利法塔 Burj Khalifa 高度高度828828米，米，162162层，层，总投资总投资1515亿美
3、元，亿美元，是韩国三星公司负是韩国三星公司负责营造。责营造。2004.09.212004.09.21开工开工 2010.01.042010.01.04建成建成 目前世界第一高楼目前世界第一高楼 结构形式：组合结构结构形式：组合结构 组合结构：同一截面或各杆件由两种或两种以上材料制作的结构。组合结构：同一截面或各杆件由两种或两种以上材料制作的结构。（1 1）钢与混凝土组合结构；（）钢与混凝土组合结构；（2 2）组合砌体结构）组合砌体结构 电梯：速度最高达电梯：速度最高达17.4m/s(6317.4m/s(63公里公里/小时小时)，世界速度最快且运行距，世界速度最快且运行距离最长的电梯。离最长的电
4、梯。7 麦麦 加加 皇皇 家家 钟钟 塔塔 饭饭 店店 建筑高度建筑高度601601米，共米，共9595层。层。世界最高的世界最高的饭店饭店、世界、世界最高的最高的钟塔钟塔、世界最大、世界最大钟面钟面，世界最大的，世界最大的楼板楼板面积面积。目前世界第二高楼目前世界第二高楼 Abraj Al-Bait Towers 20042004开工开工 20122012建成建成 皇家钟塔是大本钟的皇家钟塔是大本钟的5 5倍大，直径倍大，直径40m40m，在，在2525公里外也能看见。公里外也能看见。8 台台北北国国际际金金融融中中心心 天线顶高度天线顶高度509509mm（屋顶（屋顶449.2m449.2
5、m），），101101层层(地下地下5 5层层)，建，建筑总投资筑总投资1818亿美元。亿美元。Taipei,101 1999.071999.07开工开工 2003.102003.10建成建成 结构形式：钢筋混凝土结构形式：钢筋混凝土 结构，新式的巨型结构结构，新式的巨型结构 巨型结构：结构用巨柱、巨梁和巨型支撑等巨型杆件组成空间桁架，巨型结构：结构用巨柱、巨梁和巨型支撑等巨型杆件组成空间桁架，相邻立面的支撑交汇在角柱，形成巨型空间桁架结构。相邻立面的支撑交汇在角柱，形成巨型空间桁架结构。9 台湾位于地震带上，在台北盆地的范围内，又有三条小断层台湾位于地震带上，在台北盆地的范围内，又有三条小断
6、层，为了兴建台北，为了兴建台北101101，这个建筑的设计必定要能防止强震的破坏，这个建筑的设计必定要能防止强震的破坏。且台湾每年夏天都会受到太平洋上形成的台风影响，。且台湾每年夏天都会受到太平洋上形成的台风影响，防震和防防震和防风是台北风是台北101101两大建筑所需克服的问题两大建筑所需克服的问题。防震措施方面防震措施方面：台北：台北101101采用新式的巨型结构采用新式的巨型结构 ，在大楼，在大楼的四个外侧分别各有两支巨柱，共八支巨柱，每支截面长的四个外侧分别各有两支巨柱，共八支巨柱，每支截面长3m3m、宽、宽2.4m2.4m，自地下，自地下5 5楼贯通至地上楼贯通至地上9090楼，柱内
7、灌入高密度混凝土，外楼，柱内灌入高密度混凝土，外以钢板包覆。以钢板包覆。防风方面防风方面：为了因应高空强风及台风吹拂造成的摇晃大楼：为了因应高空强风及台风吹拂造成的摇晃大楼内设置了调谐质块阻尼器，是在内设置了调谐质块阻尼器，是在8888至至9292楼挂置一个重达楼挂置一个重达660660公吨的巨大钢球，利用摆动来减缓建筑物的晃动幅度。据台北公吨的巨大钢球，利用摆动来减缓建筑物的晃动幅度。据台北101101告示牌所言，这也是全世界唯一开放游客观赏的巨型阻尼器告示牌所言，这也是全世界唯一开放游客观赏的巨型阻尼器，更是目前全球最大之阻尼器。世界第一座防震阻尼器外露於整，更是目前全球最大之阻尼器。世界
8、第一座防震阻尼器外露於整体设计的大楼，重达体设计的大楼，重达660660吨，在吨，在8585、8686、与、与8888楼用餐可以看到这楼用餐可以看到这个带有装饰且外型像大圆球的阻尼器，其直径个带有装饰且外型像大圆球的阻尼器，其直径5.55.5米也是世界第米也是世界第一。一。10 为了因应高空强风及台风吹拂造成的摇晃大楼内设置了“调谐质块阻尼器”（tuned mass damper，又称“调质阻尼器”），是在88至92楼挂置一个重达660公吨的巨大钢球，利用摆动来减缓建筑物的晃动幅度。11 上上海海环环球球金金融融中中心心 天线顶高度天线顶高度494.4494.4mm（屋顶（屋顶487.4m48
9、7.4m），），101101层，层，20082008年建成。年建成。电梯电梯9191部。建筑总投部。建筑总投资资 81.781.7亿元。亿元。Shanghai World Financial Center 结构形式：钢筋混凝土结构、结构形式：钢筋混凝土结构、钢结构钢结构 12 大楼在大楼在9090楼（约楼（约395395米）设置了两台风阻尼器，各重米）设置了两台风阻尼器，各重150150公吨，公吨，使用感应器测出建筑物遇风的摇晃程度，及通过电脑计算以控制阻使用感应器测出建筑物遇风的摇晃程度，及通过电脑计算以控制阻尼器移动的方向，减少大楼由于强风而引起的摇晃，而预计这两台尼器移动的方向，减少大楼
10、由于强风而引起的摇晃，而预计这两台阻尼器也将成为世界最高的阻尼器也将成为世界最高的自动控制阻尼器自动控制阻尼器。如果强风从北面刮来，配重物就好比一个巨大的钟摆摆向北如果强风从北面刮来，配重物就好比一个巨大的钟摆摆向北面，使风阻尼器会产生一种与风向相反的力量，从而消化面，使风阻尼器会产生一种与风向相反的力量，从而消化建筑物的摇晃程度，并抵消强风对建筑物的影响。建筑物的摇晃程度，并抵消强风对建筑物的影响。13 每幢建筑物都有一个每幢建筑物都有一个固定的自振频率固定的自振频率，风阻尼器通过缓解振动，风阻尼器通过缓解振动，可防止建筑物出现共振现象。同时，可防止建筑物出现共振现象。同时 地震时，振动的冲
11、击波会对地震时，振动的冲击波会对大楼顶部形成很大的冲击力，有了风阻尼器后大楼就可以吸收大楼顶部形成很大的冲击力，有了风阻尼器后大楼就可以吸收掉地震影响。掉地震影响。目前国内已经注意到风阻尼器在建筑中的作用，今后的超高目前国内已经注意到风阻尼器在建筑中的作用，今后的超高层建筑，都应该安装风阻尼器层建筑，都应该安装风阻尼器。现代集团副总工程师高承勇说。现代集团副总工程师高承勇说。高层建筑要承受侧向的风力，这一点是毋庸置疑的。但高层建筑要承受侧向的风力，这一点是毋庸置疑的。但对建筑对建筑物影响多大？物影响多大？一般说，在正常的风压状态下，距地面一般说，在正常的风压状态下，距地面高度为高度为1010米
12、处米处，如风速，如风速为为5 5米秒，那么在米秒，那么在9090米的高空米的高空，风速可达到，风速可达到1515米秒。若高达米秒。若高达300300-400400米米，风力将更加强大，即风速达到，风力将更加强大，即风速达到3030米秒以上时，摩天米秒以上时，摩天大楼会产生晃动。大楼会产生晃动。14 环环球球贸贸易易广广场场 屋顶高度屋顶高度484484mm，118118层，层，20102010年建成。年建成。电梯电梯8383部。建筑总部。建筑总投资额约投资额约200200亿元。亿元。International Commerce Centre 结构形式：结构形式：混凝土核心筒混凝土核心筒+钢结构
13、钢结构 15 吉吉隆隆坡坡石石油油双双塔塔 Petronas Towers,Kuala Lumpur Malaysia 天线顶高度天线顶高度452452mm（屋顶（屋顶378.6m378.6m），），8888层钢层钢砼结构。砼结构。19981998年建成，位于马年建成，位于马来西亚首都吉隆坡。来西亚首都吉隆坡。结构形式：结构形式：高轧制钢梁支托的金属板，高轧制钢梁支托的金属板，钢筋混凝土钢筋混凝土 16 4242层空中廊桥（层空中廊桥（Sky BridgeSky Bridge）攀顶事件攀顶事件：蜘蛛人法国男子阿兰：蜘蛛人法国男子阿兰罗贝尔在马来西亚首都吉隆罗贝尔在马来西亚首都吉隆坡徒手攀上最高
14、楼楼顶，坡徒手攀上最高楼楼顶，4444岁的罗贝尔在个人网站上夸耀说，迄今岁的罗贝尔在个人网站上夸耀说，迄今他在全世界已攀爬过包括纽约帝国大厦在内的他在全世界已攀爬过包括纽约帝国大厦在内的7070多座摩天大楼。多座摩天大楼。17 南京紫峰大厦南京紫峰大厦 天线顶高度天线顶高度450450mm（屋顶（屋顶381m381m），），8989层（地下层（地下3 3层层 ）。）。20102010年建成。年建成。总投资总投资4040亿。亿。Greenland Square Zifeng Tower 结构形式：结构形式：钢框架一钢混凝土核心钢框架一钢混凝土核心 筒结构筒结构 18 西西尔尔斯斯大大厦厦 天线顶
15、高天线顶高527.3527.3m,m,屋屋顶高顶高443m,1974443m,1974年年建成。建成。Sears Tower,Chicago 西尔斯大楼（西尔斯大楼（Sears TowerSears Tower）冠名权到冠名权到20092009年年7 7月月1616日截止。日截止。之后更名为之后更名为“威利斯大厦威利斯大厦”（Willis TowerWillis Tower）。）。结构形式：结构形式：钢框架构成的成束筒结构体系钢框架构成的成束筒结构体系 既可减小风压，又取得外部造型的变化效果。既可减小风压，又取得外部造型的变化效果。19 20 京京 基基 100100 建筑高度建筑高度441.
16、8441.8mm，100100层（地下层（地下3 3层层 ）。）。总投资总投资5050亿。亿。深圳市目前最高深圳市目前最高建筑。建筑。20112011年建成年建成 KingKey100 结构形式：结构形式：钢筋混凝土结构，钢筋混凝土结构，新式的巨型结构新式的巨型结构 21 为了控制楼体在风中的摆幅，设计者还在大楼为了控制楼体在风中的摆幅，设计者还在大楼9191层设计安放了层设计安放了两个主动阻尼器两个主动阻尼器，可抵御百年一遇的台风。，可抵御百年一遇的台风。根据观测，在台风之下，高楼会摆动起来，根据观测，在台风之下，高楼会摆动起来，严重时里面的人像严重时里面的人像在坐船在坐船，地王大厦顶楼监测的结果显示，台风下顶楼摆动的，地王大厦顶楼监测的结果显示，台风下顶楼摆动的位差达位差达到到1 1米米，但在规范之内。大楼内的人会感觉不舒服，因此研究人员，但在规范之内。大楼内的人会感觉不舒服，因此研究人员根据此研究减震措施，主动控制技术，可以减少这种摆动，缓解楼根据此研究减震措施，主动控制技术，可以减少这种摆动，缓解楼内人的不舒适感。这种技术在日本使用得最多，可以抗台风之外，内人的不舒适感。这种技
